Java基础[8]泛型程序设计

1 使用泛型的好处

• 泛型设计程序的主要目的是：使编写的程序代码可以被多种不同类型的对象所重用。
• 并采取一定的语法规则对这个类型进行适当的限定。
• 采用适当的限定语法规则，在编译期进行类型转换的安全检查（没有泛型时，强制类型转换安全检查是在运行时期），既提升安全性，也提升了性能。

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泛型类

• 泛型类：具有一个或多个类型变量的类。
• 声明： 声明泛型。(一个类型变量T,用尖括号<>括起来，放在类名后面。可以有多个类型变量,eg:BookStore

泛型方法

• 泛型方法：具有一个或多个类型变量的方法。
• 存在于什么类中：泛型方法既可以定义在普通类中，也可以定义在泛型类中。
• 声明符号的位置: ,位置在修饰符之后，方法返回类型之前。

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类型变量的限定

• 类型变量限定：类或方法需要对类型变量加以约束。如限定类型变量T为实现了Comparable接口的类。.
• 一个类型变量或通配符可以有多个限定，用“&”分隔（T extends Father&Comparable&Serializable）。遵循继承规则，可以拥有至多一个类，和多个接口限定。类必须是限定列表中的第一个。

泛型原理（泛型擦除）

• 虚拟机没有泛型类型对象，只有普通类的对象。无论何时定义一个泛型类，都自动提供一个相应的原始类型。原始类型的名字就是删除类型参数后的泛型类型名。
• 原始类型的名字确定：泛型类型变量擦除后，用限定类型列表中的第一个类型进行替换；如果没有限定类型，用Object替换。注意类的名字还原为原始类的名字。
• 泛型的内部机制原理：泛型变量会被擦除替换；为了保证类型安全性，编译器会在必要时插入强制类型转换；当类型擦除后，导致与多态发生冲突时，编译器会生成一个桥方法来保持多态，桥方法里其实就是做一些强制类型转换。
  eg：

public class Book<T extends Comparable & Serializable> implements Serializable{ private T first; private T second;}

擦除后：

//类的名字还原为原始类的名字public class Book implements Serializable{//泛型变量擦除后，按规则替换为对应的原始类型名字private Comparable firt;private Comparable second;}

如果调整顺序为：

<T extends Serializable &  Comparable>

• 这样做，原始类型用Serializable 替换T。编译器会在必要时，加入Comparable进行强制类型转换。
• 为了提高效率，应将标记接口（标记接口没有方法。常见有：Serializable->支持序列化标记,Cloneable->可深度拷贝标记，RandomAccess->集合元素可通过索引快速访问标记，数组的数据结构有，链表的就没有。）放在限制列表的末尾。

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• 虚拟机中，用方法的签名和方法的返回类型二者确定一个方法。
• 编写的程序，根据方法签名和方法入参确定一个方法。

通配符类型

• 通配符类型解决固定的泛型类型（指泛型变量被单一类型实例化）使用的局限性。
• 通配符类型中，允许类型参数变化。
• 通配符“？”同样可以对类型进行限定。可以分为子类型限定；超类型限定；无限定。通配符不是类型变量，因此不能在代码中使用”?”作为一种类型。

 <? super Book>//指定下限(超类型限定)；安全写，指可安全写入Book，以及Book的子类；因为限定最低泛型类型是Book类型 <? extends Book>//指定上限（子类型限定）；安全读，指可把读取的值赋值给Book；因为限定读取到值的最高类型是Book类型，即是Book或Book的子类型 ? obj;//error.'?'不能作为一种类型

• 带有超类型限定的通配符可以向泛型对象写入，即可作为入参类型，为方法提供参数，但不益 作为返回参数类型（返回的类型只能赋给Object）。（如示例中，可以写入Book及其子类型）
• 带有子类型限定的通配符可以从泛型对象中读取，即可以作为返回参数类型。（如示例中，可以读取Book及其子类型）
• 无限定不等于可以传任何值，相反，作为方法的参数时，只能传递null，作为方法的返回时，只能赋给Object。

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泛型局限

• 1 不能用基本类型实例化类型参数。因为类型擦除之后，一个类对象如Object，不能存储一个基本类型的值如double类型。
• 2 运行时类型查询只适用于原始类型。

//类型查询只适用于原始类型，故下面的示例都错误 if(b instanceof BookStore<T>)//error if(b instanceof BookStore<MathBook>)//error //warinning->实际转换为了BookStore原始类型 BookStore<MathBook> book = (BookStore<MathBook>)b; /***.getClass()方法也是返回的是原始类型。**/ BookStore<ArithmeticBook> aritBook = new BookStore<>(); BookStore<MathBook> mathBook = new BookStore<>(); if(aritBook.getClass().equals(mathBook.getClass())) {  //都是得到原始类型，故一定是相等的。 }

• 3 不能创建参数化类型数组（可以创建参数化类型数组，再进行强制转换）；
• 4 可向参数个数可变的方法传递一个泛型类型实例。但会得到一个警告。（可变长度参数实际上就是数组，此时泛型规则对此有所放松。）
• 5 泛型类型变量，不能被实例化；也不能在静态域或方法中引用类型变量；也不能

捕获或抛出泛型变量实例。

  obj = new T();//error  private static T obj;//error  try{...}  catch(T e)//error  {  }

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代码示例
泛型类：

/** * @author gao tianci * @version $Id: Pair.java, v 0.1 2017年8月13日 上午11:11:55 gao tianci Exp $ *  * 泛型类：具有一个或多个类型变量的类。 * 声明：<T> 声明泛型。(一个类型变量T,用尖括号<>括起来，放在类名后面。可以有多个类型变量,eg:BookStore<T,U>。) * 类型变量：T 代表泛型的类型变量。形式上使用大写字母。用具体类型进行替换，就可以实例化泛型类型。 * 类中定义的泛型类型变量意义：泛型类的类型变量T,可以是该类某个成员方法的返回类型，以及域或是局部变量类型。 */public class BookStore<T> {    //T 泛型类型变量作为域变量类型    private T first;    private T second;    /**     * 构造器     */    public BookStore() {        super();        first = null;        second = null;    }    /**构造器     * T 泛型类型变量作为成员方法的局部变量类型     * @param first     * @param second     */    public BookStore(T first, T second) {        super();        this.first = first;        this.second = second;    }    //T 泛型类型变量作为成员方法的返回类型    public T getFirst() {        return first;    }    public T getSecond() {        return second;    }    public void setFirst(T first) {        this.first = first;    }    public void setSecond(T second) {        this.second = second;    }}

通用泛型方法工具类

import java.util.Collection;import org.apache.commons.collections4.CollectionUtils;/** * @author gao tianci * @version $Id: BookStoreUtil.java, v 0.1 2017年8月14日 下午12:42:24 gao tianci Exp $ */public class BookStoreUtil {    /**     * @param b     * @return     */    public static boolean hasNulls(BookStore<?> b) {        return b.getFirst() == null || b.getSecond() == null;    }    /**     * @param b     */    public static void swap(BookStore<?> b) {        swapHelper(b);    }    /**     * 泛型方法     * @param b     */    public static <T> void swapHelper(BookStore<T> b) {        T t = b.getFirst();        b.setFirst(b.getSecond());        b.setSecond(t);    }    /**     * 向参数个数可变的方法，传递一个泛型类型实例。     * 实际args是一个泛型数组。虚拟机也必须对应建立一个泛型数组。泛型对此有所放松。会给出一个警告。可使用@SafeVarargs标注。     * @param collection     * @param args     * @return     */    @SafeVarargs    public static <T> Collection<T> addAll(Collection<T> collection, T... args) {        if (CollectionUtils.isNotEmpty(collection) && args.length > 0) {            //添加            for (T item : args) {                collection.add(item);            }            return collection;        }        return null;    }}

测试类

import java.util.ArrayList;import java.util.Arrays;import java.util.Collection;import java.util.List;/** * @author gao tianci * @version $Id: Test.java, v 0.1 2017年8月15日 下午12:24:46 gao tianci Exp $ */public class Test {    @org.junit.Test    public void test1() {        @SuppressWarnings("unchecked")        /**         * 创建泛型数组。         * 直接创建不允许。         * BookStore<String>[] books = new BookStore<String>[2];///error         * 可声明通配类型数组，然后进行类型转换。从而达到创建泛型数组。         * 建议最好使用：ArrayList<T> 集合来满足泛型数组的需求。        */        BookStore<String>[] books = (BookStore<String>[]) new BookStore<?>[2];        books[0] = new BookStore<>("1", "2");        books[1] = new BookStore<>("3", "4");        //泛型数组转换为对应的List集合        List<BookStore<String>> arrays = Arrays.asList(books);        arrays.forEach(item -> System.out.println(item.getFirst() + "," + item.getSecond()));        System.out.println("---------");    }    @org.junit.Test    public void test2() {        Collection<BookStore<String>> collection = new ArrayList<>();        collection.add(new BookStore<>("lala", "la"));        @SuppressWarnings("unchecked")        BookStore<String>[] books = (BookStore<String>[]) new BookStore<?>[2];        books[0] = new BookStore<>("gaga", "ga");        books[1] = new BookStore<>("haha", "ha");        Collection<BookStore<String>> resultCollection = BookStoreUtil.addAll(collection, books[0], books[1]);        resultCollection.forEach(item -> System.out.println(item.getFirst() + "," + item.getSecond()));    }}

测试结果

1,23,4------lala,lagaga,gahaha,ha

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